BONPLJ NDIA 10 (1-4):181-187. 2000
RELACIONES GENÓMICAS ENTRE DOS ESPECIES HE APLOIDES DETURNERA, T. ORIENTALIS y T. VELUTINA, Y UNA IPLOIDE,
T. GRANDIFLORA (TURNERACEAE, SERIE TURNERA)
por AVEllANO FERNÁNDEZ 1 y MARíA MERCEDES ARBO 2
Summary
We hybridized two hexaploid species (2n=6x=30) T. orientalis and T. velutina and one diploidspecies (2n=2x=10), T. grandiflora. These species had regular meiosi forming 15 II thehexaploids and 5 11 the diploid. One hexaploid, 2n=6x=30 (T. orientalis x T. velutina) , onepentaploid, 2n=5x=25 (T. orientalis x T. grandiflora) and one tetraploid, 2n=4x=20 (T. velutinax T. grandiflora) hybrids were obtained and studied cytologically to deter ine their genomicrelationships. Meiotic behavior in the T. orientalis x T. velutina hybrid was very irregular, withmany laggard chromosomes and bridges at Al and AII. Mean pairing relati nships were 10,381,9,6611,0,07111 and 0,03 IV. The hybrid T. orientalisx T. grandiflora presented irregular meiosis.Mean pairing relationships were 14,66 I and 5,16 11. T. velutina x T. grandiflora presented themost irregular meiosis, with mean pairing relationships of 6,94 1, 6,42 II an 0,05 IV. The threehybrids were sterile. The genome constitution of T. orientalis is AoAoBBBoBo and of T. grandiflorais e g e g
• On the basis of chromosome associations in the hybrids, we propose the genomicformula AAAvAvevevfor T. velutina. One genome of T. orientalis is similar to one of the threegenomes of T. velutina. The latter species shows one genome similar to the genome of T.grandiflora. Both T. orientalis and T. velutina are segmentary alohexaploi s.
Key words: Turnera, genomic relationships, chromosome pairing, segmentary alohexaploids,genomic formula
Palabras claves: Turnera, relaciones genómicas, apareamiento cromosómico, alohexaploidessegmentarios, fórmulas genómicas
Introducción
Turnera L. está dividido en nueve series(Urban, 1883), que poseen tres números básicos, x=5, x=7 y x=13. Turnera (=Canaligerae) esla única serie con número básico x=5 y sus niveles de ploidía varían desde diploides hastaoctoploides (Femández, 1987). Desde 1982 rea-
1 Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura.
2 Facultad de Ciencias Agrarias1,2 Miembros de la Carrera del Investigador Científico
del CONICET. Instituto de Botánica del Nordeste (UNNECONICET), Casilla de Correo 209,3400 Corrientes, Argentina.
lizamos cruzamientos controlados (Arbo yFernández, 1987) para obtener híbridosinterespecíficos con la finalidad de determinarlas relaciones genómicas entre las especiesinvolucradas. Como resultado~de los estudioscitogenéticos publicamos varios trabajos, en losque dimos conocer las fórmulas genómicas deocho especies diploides, una tetraploide, unahexaploide y una octoploide (Fernández, 1997,Fernández y Arbo, 1989, 1990, 1993a, 1993b,1996), entre las cuales figuran las de T.grandiflora (Urb.) Arbo y de T. orientalis (Urb.)Arbo.
En el presente trabajo se realiza el análisiscitogenético de los híbridos entre T. orientalis
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Material y métodos
(2n=6x=30), T. velutina (2n=6x=30) y. T.grandiflora (2n=2x=10), con el fin de determu:arsus relaciones filogenéticas y establecer la formula genómica de T. velutina Pres!.
Los progenitores se indican con la sigla u~ili
zada en el invernáculo. Los ejemplares testIgode progenitores e híbridos se conservan en elherbario del Instituto de Botánica del Nordeste(CTES). .
T. orientalis (O). Arbo 1538. Argentina, Corrientes.
T. velutina (Ve). Koch y Fryxe1l78341, México Oaxaca, Santo Domingo.
/T. grandiflora (G2). Fernández 366/ Argentina, Corrientes, Paso de la Patria.
O x Ve, cultivado en Corrientes (CTES222928)
O x G2, cultivado en Corrientes (CTES 91737)Ve x G2, cultivado en Corrientes (CTES
219575)El procedimiento usado para los cruzamien
tos está descripto en Arbo y Fernández (1987) eincluye los siguientes pasos: castración de lasflores de las plantas madres, polinización conanteras de la planta seleccionada como padre,marcación de la flor madre indicando en el rótulo el progenitor masculino. Las semillas obtenidas se sembraron en macetas individualesy los híbridos se trasplantaron después de desarrollar el primer par de hojas.
Las preparaciones para el estudio de lameiosis se hicieron fijando los botones floralescon cinco partes de etanol absoluto y una partede ácido láctico (Fernández, 1973) y coloreando con la técnica de Feulgen. Para mitosis sesiguió el mismo procedimient~, pr~vi?
pretratamiento de las raíces con 8-hIdroxIqulnoleína O,002M durante 3 horas a temperaturade laboratorio, entre 18 y 26°C. Para estimarel porcentaje de fertilidad de polen se usó latécnica de coloración con carmín-glicerina, contando no menos de 300 granos por flor.
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trabajos previos (Fernández y Arbo 1993a y1996): la primera especie presenta flor~s amarillas homostilas, mientras la segunda tIene flores blanco-violáceas heterostilas. El polen deT. orientalis es reticulado, con aréolas pequeñasy escasas báculas libres, mientras el de. T.grandiflora presenta retículo de mallas amplIas,con numerosas báculas libres.
T. velutina es un arbusto con follaje verde tendiente a glauco, con pelos simples de laxo~ amuy densos, a veces amarillentos. Las h~J~s
aserradas tienen forma variable, ovada, elIptI-ca, latielíptica, angustiovada, a veces obo~~da.
Sus flores son homostilas, de 30-50 mm dIam.,pétalos de color amarillo muy pá~ido, con ~ase
amarilla, y anteras y polen amarIllos. El gmeceo es notoriamente más largo que el androceo,hasta 7 mm, y los estigmas presentan 24-48 ramas. El tamaño de los granos de polen tieneuna media de 71,07 pm. La antesis se inicia alrededor de las 8,45 hs. Las plantas sonautocompatibles.
La fertilidad promedio del polen fue cercana al 100 O/o en los tres progenitores.
El híbrido T. orientalis x T. velutina tiene hojas de forma variable, de color similar al de ~.
velutina. Las flores son homostilas, de aproxImadamente 30 mm de diámetro, pétalos amarillo pálido. Las anteras permanecen cerradasy el gineceo es 2,5-4,5 mm más largo que el androceo. La fertilidad promedio del polen es de2,8 %.
El híbrido T. orientalis x T. grandiflora presenta hojas ovadas, de haz lustrosa, con olor desagradable al ser estrujadas, heredada de T.grandiflora. Las flores son longistilas, ~e 32 mmde diámetro, los pétalos son amarIllos, conmancha basal violácea de borde superior esfumado y venas violáceas. Las anteras son anaranjadas, los estilos son erguidos, conniventesy los estigmas multífidos. La fertilidad promedio del polen es de 3,92 %.
El híbrido T. velutina x T. grandiflora poseefollaje de color similar al de T. velutina. Las hojasaserradas son generalmente elípticas, de basecuneada y ápice agudo. Las flores sonmarcadamente longistilas, tienen aproximada-
Morfología y polen de progenitores e híbridos mente 50 mm de diámetro, los pétalos de colormarfil presentan una mancha basal obtriangular
Los caracteres morfológicos diferenciales de violeta, orlada de amarillo. Las anteras son deT. orientalis y T. grandiflora se describieron en color amarillo vivo, igual que los estigmas. El
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gineceo es 8-9 mm más largo que el androceo.La fertilidad promedio del polen es de 1 %.
Resultados y discusión
Los progenitores presentaron meiosis regular/ formando regularmente 1511 en T. orientalisy T. velutina y 5 11 en T. grandiflora.
De los cruzamientos realizados se obtuvieron los híbridos: T. orientalis x T. velutina,
A. Fernández y M.M. Arbo, Relaciones genémicas en Turnera
2n=6x=30; T. orientalis X T. grandiflora,2n=5x=25 y T. velutina x T. grandiflora,2n=4x=20.
En el híbrido T. orientalis x T. velutina,2n=6x=30, se analizaron 26 CMP y se encontraron nueve configuraciones meióticas diferentes (Tabla 1)/ siendo la más frecuente 10 1 +10 11 en 26/93 % de las CMP, en la Fig. lA seobservan 4 1 + 10 11 + 2 111. El promedio deunivalentes fue de 10/38/ el de bivalentes fue
A
e D
Fig. 1. Cromosomas meióticos en los lubridos. A, T. oríentalis x T. velutína, 2n=30, metafasc 1,4 1+ 10 II + 2 III. Las flechasseñalan trivalentes. By C, T. oríentalís x T. grandiflora; 2n=25, B, metafase 1, 151 + 5 n, C, inicio de anafase 1, la flecha señalapuente en E, producto de intercambio tipo U proximal. D, T. velutína x T. grandiflora, 2n=20, inicio de anafase 1, 101 + 5 n.Escala=5 pm.
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de 9,61, el de trivalentes fue de 0,07 y el decuadrivalentes fue de 0,03 (Tabla 2).
En T. orientalis x T. grandiflora, 2n=5x=25, seanalizaron 42 CMP, encontrándose seis configuraciones meióticas diferentes (Tabla 1), siendo la más frecuente 15 1+ 5 11 (Fig. lB) en 57,14% de las CMP. El promedio de univalentes fuede 14,66 y el de bivalentes fue de 5,16 (Tabla 2).
En T. velutina x T. grandiflora, 2n=4x=20, seanalizaron 19 CMP y se encontraron siete configuraciones meióticas diferentes (Tabla 1),siendo la más frecuente 8 1+ 6 11 en 26,32 % delas CMP; en la Fig. lB se observan 10 1+ 5 11. Elpromedio de univalentes fue de 6,94, el debivalentes fue de 6,42 y el de cuadrivalentesfue de 0,05 (Tabla 2). En una célula se observóun bivalente que se interpreta como intercambio tipo-U (Fig. 1C).
Los tres híbridos presentaron cromosomasrezagados y puentes en anafase 1y anafase II.La Fig. 2A muestra una célula de T. orientalis xT. velutina en telofase 1, donde se observancromosomas que han pasado por citomixis ycuatro univalentes rezagados que se están dividiendo ecuacionalmente. Estos cromosomasrezagados finalmente llegan a los polostelofásicos, como se observa en la Fig. 2B, quemuestra una célula en prometafase 11. En ellase observan cromosomas con sus doscromátidas y otros con una sola cromátida; estos últimos serían los univalentes que se dividieron ecuacionalmente en anafase 1.
En T. velutina x T. grandiflora se han observado puentes sin fragmentos (Fig. 2C) y confragmentos en T. orientalis x T. grandiflora (Fig.2D).
Tabla 1. Configuraciones meióticas en metafase I observadas en los híbridos estudiados
OxVe fre . % OxG2 free. % VxG2 free. %
(2n=30) (2n=25) (2n=20)
20 I + 5 II 1 3,84 19 I + 3 II 2 4,76 12 I + 4 II 2 10,5216 I + 7 II 2 7,69 17 I + 4 II 5 11,90 OI + 5 II 2 10,5214 I + 8 II 5 19,22 15 I + 5 II 24 57,14 8 I + 6 II 5 26,3212 I + 9 11 1 3,84 13 I + 6 II 8 19,06 6 I +7 II 4 21,06
10 I + 10 II 7 26,93 11 I +7 II 2 4,76 4 I + 8 II 4 21,069 1 +7 II +1 111 + 1 IV 1 3,84 7 I + 9 11 1 2,38 2 I + 9 II 1 5,26
8 I + 11 II 4 15,40 6 I + 5 II + 1 IV 1 5,266 I + 12 II 4 15,40
4 I + 10 II + 2 III 1 3,84
Tabla 2. Promedio ± E.S. y variación de las asociaciones cromosómicas en metafase I
Híbrido 2n II III IV N° cél. Fert. %
T. orientalisx 30 10,38 ± 0,63 9,61 ± 0,31 0,07 ± 0,05 0,03 ± 0,03 26 2,80
T. velutina 6 - 14 8 - 12
T. orientalisx 25 14,66 ± 0,31 5,16 ± 0,15 42 3,00
T. grandiflora 7 -19 3-9
T. velutinax 20 6,94 ± 0,63 6,42 ± 0,32 0,05 ± 0,05 19 1,00
T. grandiflora 2 -12 4-9 0-1
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A. Fernández y 1\1.1v1. Arbo, RE laciones genómicas en Turnera
Fig. 2. Cromosomas meióticos de los lubridos. A y B, T. orientalis x T. velutina, 2n=30, A, telofase I, 4 univalentes rezagadosdividiéndose ecuacionalmente, la flecha indica cromosomas que han pasado por citomixis; B, prometafase II, las flechasindican cromosomas con una sola cromátida. C, T. velutina x T. grandiflora, 2n=20, anafase 1con puentes sin fragmentos. D,T. orientalis x T. grandiflora, 2n=25, metafase II con puente remanente y fragmento.
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El único híbrido viable T. orientalis x T.grandiflora (2n=5x=25), se obtuvo después devarios años de cruzamientos mediante gametosno reducidos de uno de los progenitores. Elnúmero cromosómico del híbrido indica que enel cruzamiento participaron gametos no reducidos de T. grandiflora (2n=2x=10), es decir quesólo se produjeron híbridos viables con T.orientalis (2n=6x=30) con granos de polen resultantes de una división no reduccional. Anteriormente se obtuvieron semillas, presumiblemente con la participación de gametos reducidos, que dieron plántulas cloróticas, lascuales no progresaron más allá de ese estado(Arbo y Fernández, 1987; Fernández y Arbo1993a). En los cruzamientos recíprocos realizados hasta el presente los resultados fueronnegativos, hasta el punto de no obtenerse nisiquiera semillas. En un trabajo anterior(Fernández y Arbo, 1990) se analizaron otrosdos híbridos obtenidos con gametos no reducidos. En estos híbridos los gametos no reducidos fueron aportados por el progenitor femenino, mientras que en el presente caso (T.orientalis x T. grandiflora) fueron aportados porel progenitor masculino (T. grandiflora). Conésto se prueba que los gametos no reducidosse producen tanto en macrosporogénesis comoen microsporogénesis, lo cual indicaría que hantenido un papel importante en la evolución deTurnera. Harlan y de Wet (1975) opinan queeste tipo de gametos tiene un papel preponderante en la poliploidización.
Otro hecho digno de mención son las asociaciones de los cromosomas en T. orientalis xT. grandiflora. En este híbrido se esperaba encontrar en todas las células, como mínimo, 511, que corresponderían a los cromosomas deT. grandiflora por apareamiento autosindético;sin embargo, el mínimo de bivalentes encontrado fue 3. Al ser T. orientalis un alohexaploidesegmentario (Fernández y Arbo, 1993a), en loshíbridos con otras especies diploides forma conalta frecuencia bivalentes por apareamientoautosindético, mientras que con T. grandiflorasolamente se observaron más de 5 bivalentesen 12 células de las 42 estudiadas (Tabla 1). Estehecho ya fue observado en T. aurelii x T.grandiflora (2n=5x=25), otro híbrido donde participa T. grandiflora (Femández y Arbo, 1993a).En dicho trabajo, tratando de explicar este fenómeno se había propuesto la siguiente hipótesis: probablemente exista en el genoma de T.grandiflora algún gen que impida el apareamiento autosindético entre los cromosomas delos otros genomios involucrados en loshíbridos. Tampoco se descarta la posibilidadde que pueda existir algún tipo de interacciónentre el citoplasma de T. aurelií y T. orientaliscon el núcleo de T. grandiflora, que impida elapareamiento autosindético, inclusive entrelos mismos cromosomas de T. grandiflora. Cabedestacar que en ambos híbridos el genomioCg de T. grandiflora no presenta homeologíacon ningún genomio de los otros progenitores.
T. orientalis (O), 2n=6x=30AOAoB B Boao"-./ '-/ "-./
11 11 n
T. velutina (Ve), 2n=6x=30A A AVAt CVCV\...../ \...../ \...../n n 11
T. grandiflora (G), 2n=2x=10cgcg\...../n
OxVe OxG VexGnI
"....,...",~-~.
A AV AO B BOCv AOB BoCgCg A AvCgCV~~~~~ \...../ '-./ "-./ "-./ ....~#
nnn II II n n 11
Fig. 3. Fórmulas genómicas y asociaciones cromosómicas en los progenitores ehíbridos. Apareamiento autosindéticoC'-/), apareamiento alosindético (~~ .../) Ytrivalente (r",".~.).
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Una situación diferente es lo observado enT. velutina x T. grandiflora donde el porcentajede bivalentes observado es elevado; se han encontrado células con 9 11, o sea que se ha producido apareamiento autosindético entre loscromosomas de T. velutina y alosindético entre los cromosomas de ambas especies. Este hecho se debería a que el genomio de T. grandifloray uno de los de T. velutina son homeólogos. T.velutina es una especie endémica de México,donde también se encuentra T. caerulea. Elgenomio de esta última especie, que podría seruna de las que participaron en el origen de T.velutina, es homeólogo al de T. grandiflora(Fernández y Arbo 1996).
Conclusiones
En trabajos previos se determinó la fórmulagenómica A°A°BBBoBo para T. orientalis y CgCgpara T. grandiflora. En este trabajo por las asociaciones cromosómicas y configuraciones halladas en los híbridos, se propone la fórmulagenómica AAAvAvCvCv para T. velutina.
En la Fig. 3 se muestran las fórmulasgenómicas y las asociaciones cromosómicas delos progenitores e híbridos. En T. orientalis x T.velutina los bivalentes observados se formaríanpor apareamiento autosindético entre loscromosomas de los genomios AAV de T. velutinay BBo de T. orientalis, también por apareamiento alosindético entre los cromosomas de losgenomios AAo y AOAV de ambas especies. Lostrivalentes se podrían formar por apareamiento autosindético y alosindético al mismo tiempo, es decir entre los cromosomas de los tresgenomios A de ambas especies. Entre losunivalentes se encontrarían los cincocromosomas de T. velutina del genomio Cv.
En T. orientalis x T. grandiflora los bivalentesse formarían únicamente por apareamientoautosindético entre los cromosomas de losgenomios BBo de T. orientalis o CgCg de T.grandiflora. Entre los univalentes se encontra-
A. Fernández y M.M. Arbo, Relaciones genómicas en Turnera
rían los cinco cromosomas de T. orientalis delgenomio Ao.
En T. velutina x T. grandiflora los bivalentesse formarían por apareamiento autosindéticoentre los cromosomas de los genomios AAv deT. velutina y alosindético entre los cromosomasde los genomios CgCv de ambas especies.
La presencia del cuadrivalente en loshíbridos T. orientalis x T. velutina y T. velutina xT. grandiflora se debería a la existencia detranslocaciones entre los cromosomas de losgenomios AV y cv de T. velutina. Se presume estahipótesis debido a que esta especie aportó ambos genomios a los dos híbridos, donde se encontró esa asociación cromosómica.
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